Полиэтилен қалдықтарының толық жану режимінде аса гидрофобты күйенің түзілуі

Қ азіргі таң да жалында кү йе тү зілу ү дерістерін зерттеу ө зінің ө зектілігін жоғ алтқ ан жоқ. Оның сепептері мынадай: біріншіден кү йе ү лкен кө лемде ө ндіріліп, резең ке толтырғ ыш ретінде жә не баспа бояуларында кең інен пайдаланылады. Екіншіден, энергетикалық қ ондырғ ыларда кө мірсутекті жанармайды ө ртеу кезінде қ оршағ ан ортаны канцерогенді ластаушы болып табылады. Жану барысында кү йе тү зілумен қ атар наноқ ұ рылымды материалдар тү зіледі. Олардың тү зілу механизімі кү йе тү зілу механизімімен байланысты.

Кү йенің қ асиеттерінің бірі – гидрофобтылық. Сондық тан жалында гидрофобты кө міртекті бетті тиімді шарттарда синтездеу қ ажеттілік танытуда. Қ азіргі кезде ә р тү рлі материалдарғ а суғ а, ылғ алғ а тө зімділік беру ү шін гидрофобты ө німдерді алу ө зекті мә селелердің бірі болып табылады. Бірқ атар жағ дайларда заттардың сенімді қ ызмет етуі ү шін оның ү стің гі қ абатының жоғ арғ ы дә режелі су сің ірмеушілік қ асиеттерін қ амтамасыз ету қ ажет.

Sayangdev Naha кө міртекті қ абаттың жылдам шө гу ә дісін ұ сынды. Бұ л синтездеу ә дісі 20 дан 50 нм-ге дейінгі немесе одан да ү лкен ірі жеке бө лшектерден(наномоншақ тар) тұ ратын ү лкен агрегаттарды алуғ а мү мкіндік берді. Бұ л ә дісте катализатор ретінде никел жә не ацитиленді жалынның (700º С) жану пайдаланылып, асына кө міртекті қ абат тү зілу ү шін 450нм кремний табақ шасы қ ойылғ ан. Кремний табақ шасы уақ ыттың ә ртү рлі экспозициясында 10 мм биіктікке орналастырылғ ан[17]. Жұ мыстың авторлары жалында бетті ө ң деу тә сілдерінен тә уелсіз бетте синтезделген наноқ ұ рылымдар бірдей болады деген тұ жырымғ а келген. Келесі жұ мыстың авторлары наномоншақ тар деп атап кеткен кө міртекті нанобө лшектердің тү зілу аумағ ының қ ұ рамы мен кө лемі (2, 5; 5; 7, 5 мин) экспозиция уақ ытына болып келетіндігін кө рсеткен. Табақ шаның ортасына жақ ын жерде ү лкен кө міртектік тізбекті қ ұ рылымдар – наномоншақ тар жең іл тү зілетіндігі анық талғ ан[18-20].

Жыл ө ткен сайын Жер тұ рғ ындарының ө мір дең гейінің артуына байланысты тұ рмыстық қ алдық тардың кө лемі артуда. Қ азіргі таң да жылына 65 миллион тонна полиэтилен мен 60 миллион тонна полипропилен ө ндіріледі. Осыдан тұ рмыстық қ алдық тың 40 % -дан жоғ ары мө лшерін синтетикалық полимерден жасалғ ан қ арапайым жағ дайда ыдырамайтын қ алдық тар қ ұ райды. Тасатлғ ан полиэтилен қ алдық тардың тек 3 %-ы ғ ана қ айта ө ң деліп, қ алғ ан бө лігі қ оқ ыс тастайтын жерге тасталынады.

Жану проблемалары институтында полиэтилен қ алдық тарын жағ у арқ ылы аса гидрофобты кү йе алу саласында бұ рын жасалғ ан жұ мыстарды талдай отырып, ү дерісті дә лірек басқ аруғ а, мақ сатты ө ніімнің шығ ымын арттыруғ а мү мкіндік беретін жаң а қ ондырғ ы қ ұ растырылды [22]. Жану қ ондырғ ысының сызба нұ сқ асы 10- суретте кө рсетілген. Шикізат ретінде алдын-ала тазалаудан ө ткен тұ рмыстық полиэтилен қ алдық тары қ олданылғ ан.

1-электр энергиясын полиэтилен ү лгіні қ ыздыратын жылу энергиясына айналдыратын, айнымалы ток кө зіне қ осылғ ан трансформатор, 2 – ү лгінің іргесін қ алайтын кварц тү тік, 3 – қ ақ пақ ша, 4 – полиэтилен ыдырағ ан кезде бө лінетін жанғ ыш газдардың металл тү тігі, 5 – полиэтилен ү лгілері, 6 – жоғ арғ ы бө лігі тартумен (тяга) жабдық талғ ан кү йені толық жинақ тауғ а жә не жану ү дерісін кү шейтуге арналғ ан кү йе жинағ ыш.

Сурет 10 – Полиэтилен қ алдық тарын жағ у арқ ылы аса гидрофобты кү йе алуғ а арналғ ан жанарғ ының сызбанұ сқ асы

Қ ондырғ ыны жү теу ү шін реакциялық қ оспа келесі тү рдегідей дайындалды: қ ыздыру барысында полиэтилен м-ксилолда қ ыздырылды, қ ыздырылғ ан ерітіндіге ұ нтақ болып ү гітілген катализатордың нақ ты мө лшері енгізіліп (ү гіту шарлы диірменде жү ргізілген), араластырылғ ан жә не еріткіштің буланып кетуіне дейін қ алдырылғ ан. Реакциялық қ оспа қ атты қ абық ша кү йінде алынғ ан. Полиэтилен: катализатордың массалық қ атынасы 3: 1 қ ұ райды. 2-3 мм-ге дейін ұ сатылғ ан қ абық ша каталитикалық реакторғ а салынды. Тә жірибелер МЗПК – 1 катализаторының тиімді екендігін кө рсетті. 11- суретте МЗПК-1 катализаторын қ олданып алынғ ан кү йенің қ абатымен қ апталғ ан ә йнек кварц табақ шаның бетіндегі су тамшыларының кү йін кө рсететін сурет ұ сынылғ ан.

Сурет 11- Шыны кварц табақ ша бетіне кү йе қ абатын отырғ ызғ андағ ы су тамшыларының тә ртібі

Осылайша, жү ргізілген тә жірибелердің нә тижесінде ауаның шектеулі берілуі кезінде термиялық ө ң деу барысында тү зілетін ыдырау ө німдерін жағ у арқ ылы полиэтилен жалынында, аса гидрофобты қ асиеті бар кү йе ө німдерінің алыну мү мкіндігінің бар екендігі анық талғ ан. Сонымен қ атар, полиэтилен қ алдық тарының жануы нә тижесінде алынғ ан кү йенің қ ұ рамы электорнды микроскоп арқ ылы зерттелінді.

Сурет 12- Полиэтилен қ алдық тарының жануы барысында алынғ ан кү йенің электронды-микроскопты кө рінісі

Электорндық микроскоп арқ ылы алынғ ан микрокө ріністердің талдауы кү йе бө лшектері пішінінің сфералық кү йге жақ ын екенін, бірақ қ ұ рамында дұ рыс емес пішінді ірі бө лшектердің де бар екендігін кө рсеткен. Бө лшектердің ө лшемі наноө лшемнен микр ө лшемге дейін ө згеруі байқ алғ ан. Электорнды микроскоп нә тижелері бойынша кү йеге аса гидрофобты қ асиетті 20 - 50 нм ө лшемдегі сфералық қ ұ рылымдардың беретіні анық талғ ан. Алынғ ан кү йе ү лгілерін гидрофобтылық қ а зерттеу мақ сатында кү йеден 70% спирт ерітіндісінде эмульсия дайындалды. Тү зілген эмульсия таза кремний табақ шасының бетіне жағ ылып, бө лме температурасында кептірілген. Одан кейін алынғ ан бетке «тамшыларды отырғ ызу» ә дісі арқ ылы су тамшысын тамыза отырып, жұ ғ у бұ рышы ө лшенді. Зерттеулер жұ ғ у бұ рышының 155°, яғ ни алынғ ан кү йенің аса гидрофобты екенін кө рсетті.

Қ ОЛДАНЫЛҒ АН Ә ДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1. Бoйнoвич, Л.Б. Гидрoфoбныe мaтeриaлы и пoкрытия [Тeкст]: принципы сoздaния, свoйствa и примeнeниe: // Л.Б. Бoйнoвич, A.М. Eмeльянeнкo // Успeхи химии. – 2008. – Т. 77. – № 7. – С. 619– 638.

2. Boinovic L., Principles of design of superhydrophobic coatings by the deposition from dispersions // Langmuir. 2009.V. 25. № 5. P. 2907–2912.

3. Tuteja A., Designing superoleophobic surfaces // Science. 2007. V. 318. P. 1618–1622.

4. Boinovich L.B., The prediction of wettability of curved surfaces on the basis of the isotherms of the disjoining pressure // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2011. V. 383. № 1–3. P. 10–16.

5. Steele A., Inherently Superoleophobic Nanocomposite Coatings by Spray Atomization // Nanoletters. 2009. V. 9. P. 501–505

6. Li Y., Silver Hierarchical Bowl Like Array: Synthesis, Superhydrophobicity, and cal Properties // Langmuir. 2007. V. 23. № 19. P. 9802–9807

7. Б.В. Дeрягин, Н.В. Чурaeв, В.М. Муллeр. Пoвeрхнoстныe силы. Нaукa, Мoсквa 1985г.

8. Гусев Н. И., Кубасов Е. А. Конструктивные решения по предотвращению наледей на крышах // Региональная архитектура и строительство. 2011. № 1. С. 100-107.

9. Гусев Н. И., Кубасов Е. А., Кочеткова М. В. Средства дляудаление наледи с крыш // Региональная архитектура и строительство. 2011. № 2. С. 104-108.

10. Пат.- 2063272- РФ- B05D5/08.- Способ формирования антифрикционного и антиобледенительного покрытия./Заявитель Петербургский государственный университет путей сообщения; - Панюшкин А.В.; Сергачева Н.А.-93043773/26-Заяв.-31.08.1993.-Опубл.-10.07.1996.

11. Пат.- 2156786 МПК C09K3/18. Гидрофобная антиобледенительная композиция. / Красильникова Л.Н., Чуппина С.В., Кротиков В.А., Шнурков Н.В., Фокина Л.Т., заявитель и патентообладатель Институт химии силикатов РАН, Научно-исследовательский институт специальных полимеров и коррозии - Заяв.-30.12.1998.-Опубл.-27.09.2000.

12. Харитонов Н.П., Красильникова Л.Н., Войнова Т.И. // Сб. трудов " Исследования в области физики и химии каучуков и резин", Л. 1975, С. 205.

13. Пат. 2162872 РФ МПК C09K3/18. Гидрофобная антиобледенительная композиция. / Алесковская Е.В.; Дубинский Я.А.; Токарев В.В., заявитель и патентообладатель ООО Фирма " Северная пирамида"; Дубинский Яков Абрамович; Токарев Вячеслав Викторович - 99114484/04 Заяв. 07.07.1999. Опубл. 10.02.2001.

14. Полимерные кровельные и гидроизоляционные материалы. Под редакцией Шульженко Ю.П. - М., ВНИИЭСМ, 1993.

15. Паршина К. С., Гусев Н. И., Кочеткова М. В. Вестник магистратуры. 2014 г. № 1(28). С. 13-15.

16. Раскина М., «Наука и жизнь» №1, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2013

17. Sayangdev N., Sen S., Puri I. K. Flame synthesis of superhydrophobic amorphous carbon surfaces.//Carbon. – 2007. – P.1696-1716.

18. 2. Levesque A., Binh V. T., Semet V., Guillot D., fillit R. Y., Brookes M. D., et all. Mono disperse carbon nanopearls in a foam-like arrangement: a new carbon nano-compound for cold cathodes. // Thin Solid Films. – 2004. - № 464-465. – P.308-314.

19. 3. Sen S., Puri I. K. Flame synthesis of carbon 3. - nanofibers and nanofibers composites containing encapsulated metal particles. // Nanotechnology. – 2004. – Vol. 3. -№ 15. – P. 264-268.

20. 4. Нажипкызы М., Мансуров З. А., Лесбаев Б. Т., Шабанова Т. А., Цыганов И. А., Пури И. К. Получение супергидрофобной углеродной поверхности при горении пропана. // Нефть и газ. – 2010. - № 5. – С. 27-33.

21. 5. Nazhipkyzy, M., Auyelkhankyzy, M., Lesbayev, B., Mansurov, Z., Amantayeva, A., Iskakova, A.,... & Zhaparova, A. (2013). Synthesis of superhydrophobic soot in the flame and its application. Chemical Bulletin of Kazakh National University, (1), 90-95.

22. 6. Nazhipkyzy, M., Lesbayev, B. T., Smagulova, G. T., Bakkara, A. Y., Mansurov, Z., Prikhodko, N. G., & Temirgaliyeva, T. S. (2014). Determination of complete polyethylene waste combustion mode. Chemical Bulletin of Kazakh National University, (2), 93-99.